JP2016086523A - 電池監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低消費電力モードのとき、電池セルの電池状態の監視動作で消費される電力を低減させるとともに電池セルの電池状態の監視を継続させる。
【解決手段】電池監視装置１００は、電池セル１１に並列に接続され、電池セル１１の電池状態を監視する第１及び第２の監視回路１１１，１１２と、第１及び第２の監視回路１１１，１１２から監視結果のデータを受信する監視制御部１３０を備える。監視制御部１３０は通常動作モードで動作するとき、電池セル１１の電池状態を第１及び第２の監視回路１１１，１１２で監視させ、低消費電力モードで動作するとき、一方の監視回路１１１への電源供給をスイッチ１１３により切り、他方の監視回路１１２のみで電池セル１１の電池状態を監視させる。一方の監視回路１１２は電池セル１１の電圧値を監視制御部１３０へ送信し、他方の監視回路１１２は電池セル１１の過充電又は過放電の判定結果を監視制御部１３０へ送信する。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電可能な電池セルの電池状態を監視する電池監視装置に関する。

電動フォークリフト、ハイブリッドカー、又は電気自動車等、電動モータを利用する車両等の装置に搭載されるバッテリとして、大きな電力を供給するために、リチウムイオン電池等の充電可能な電池セルを複数個組み合わせて構成した１つ又は複数の電池モジュールを内蔵した電池パックが使用される。

このような電池パックには、電池モジュールを構成する各電池セルの電池状態を監視する電池監視装置が実装される。図２に従来の電池監視装置の構成の一例を示す。従来の電池監視装置２００は、主監視回路２１１と副監視回路２１２と主制御部２３１と副制御部２３２とから構成される。

図２には、各電池セル１１の電池状態の監視の信頼性を向上させるために、各電池セルの電圧を監視する主監視回路２１１と複数の電池セルから成る電池ブロックの電圧を一括して監視する副監視回路２１２とにより、監視回路を二重化構成にした構成例を示している。

主制御部２３１は、主監視回路２１１から各電池セル１１の電圧データを通信線２２１を介して受信し、各電池セル１１の電池状態を判定する。また、副制御部２３２は、副監視回路２１２から複数の電池セル１１から成る電池ブロックの電圧データを通信線２２２を介して受信し、電池ブロックの電池状態を判定する。

電池セル１１の電池状態の監視の信頼性を向上させるために、主監視回路２１１と副監視回路２１２とから成る二重化構成の監視回路により、電池セル１１の電池状態を監視する構成については、特許文献１等により知られている。

特開２０１４−１０６１４５号公報

車両等に搭載される電池パックの電池セル１１は、例えばイグニションキーのオフ時においても、電動モータ以外の補機等の負荷へ小電力を給電するために使用される場合がある。そのような小電力の給電時でも、電池監視装置２００による各電池セル１１の電池状態の監視が必要となる。

小電力でも長時間に亘って電力が負荷に供給され続けると、各電池セル１１の電池状態を監視する電池監視装置２００の動作電流が電池パックの電池セル１１から長時間給電され続け、電池監視装置２００で長時間消費される電力によって、電池パックの電池セル１１の本来供給可能な電力量が減少してしまう。

イグニションキーのオフ時など、電池セル１１から負荷への電力供給量が所定の閾値以下の小電力のとき、又は負荷への電力供給がないときには、主制御部２３１や副制御部２３１等を、例えばイグニションキーのオン時の通常動作モードより少ない消費電力で動作する低消費電力モードで動作させ、電池パックの消費電力を節減させる技術が知られている。低消費電力モードのときには、二重化構成の主監視回路２１１及び副監視回路２１２で消費される消費電力も節減させることが要望される。

上記課題に鑑み、本発明は、電池監視装置が低消費電力モードで動作するとき、電池セルの電池状態の監視動作で消費される電力も低減させるとともに、電池セルの電池状態の監視を継続させることができる電池監視装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電池監視装置は、電池セルに並列に接続され、前記電池セルの電池状態を監視する第１及び第２の監視回路と、前記第１及び第２の監視回路から監視データを受信する監視制御部と、を備え、前記監視制御部は、通常動作モードで動作するとき、前記電池セルの電池状態を前記第１及び第２の監視回路で監視させ、低消費電力モードで動作するとき、前記第１及び第２の監視回路のうちの一方の監視回路への電源供給を切り、他方の監視回路のみで前記電池セルの電池状態を監視させることを特徴とする。

本発明によれば、低消費電力モードで動作するとき、第１及び第２の監視回路のうちの一方の監視回路への電源供給を切り、他方の監視回路のみで電池セルの電池状態を監視させることにより、電池セルの電池状態の監視動作で消費される消費電力を低減させるとともに、電池セルの電池状態の監視を継続させることができる。

本実施形態の電池監視装置の構成の一例を示す図である。 従来の電池監視装置の構成の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本実施形態の電池監視装置の構成の一例を示す。
本実施形態の電池監視装置１００は、電池モジュールを構成する各電池セル１１に並列に接続され、各電池セル１１の電池状態を監視する二重化構成の第１の監視回路１１１及び第２の監視回路１１２と、第１の監視回路１１１及び第２の監視回路１１２から監視データを受信する監視制御部１３０と、を備える。

第１及び第２の監視回路１１１，１１２で用いられる監視回路は、監視ＩＣ（Integrated Circuit）とも称され、また、監視制御部１３０は、監視ＣＰＵ（Central Processing Unit）とも称される。

第１及び第２の監視回路１１１，１１２は、電池モジュールを構成する各電池セル１１の電圧の電池状態を監視し、又は、各電池セル１１の過放電又は過充電等による異常状態を含む電池状態を監視する。

監視制御部１３０は、第１の監視回路１１１と第２の監視回路１１２とから、各電池セル１１の電池状態の監視データを、それぞれＣＡＮ(Controller Area Network)通信等の通信線１２１，１２２を介して受信し、該監視データを基に、各電池セル１１の充電状態等の電池状態を判定し、各電池セル１１の充放電の制御や、異常に対する対処等の制御処理を行う。監視制御部１３０は、種々のロジック回路やマイクロコンピュータ等を用いて構成してもよい。

監視制御部１３０は、ＣＡＮ通信等の通信線１４０を介して電池制御部１５０と接続され、電池制御部１５０は、１つ又は複数の電池モジュールの電池監視部１１０の監視制御部１３０と通信線１４０を介して通信を行い、１つ又は複数の電池監視部１１０を統括的に制御する。電池監視部１１０は監視ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも称され、電池制御部１５０は電池制御ＥＣＵとも称される。

監視制御部１３０は、イグニションキーがオンにされたときなど、電池セル１１に所定以上の電流が流れているとき、通常動作モードで動作し、通常動作モードでは電池セル１１の電池状態を第１の監視回路１１１及び第２の監視回路１１２とで二重に監視させる。

一方、監視制御部１３０は、イグニションキーがオフにされたときなど、電池セル１１に流れる電流が所定より小さいとき、低消費電力モードで動作し、低消費電力モードでは第１の監視回路１１１及び第２の監視回路１１２のうちの一方の監視回路への電源供給を切り、他方の監視回路のみで電池セル１１の電池状態を監視させる。

図１の構成例では、第１の監視回路１１１への電源供給路にスイッチ１１３を配置し、監視制御部１３０は、低消費電力モードで動作するとき、スイッチ１１３をターンオフさせるように制御し、第１の監視回路１１１への電源供給を遮断する構成例を示している。

このように、第１の監視回路１１１の動作電流の供給を停止し、第２の監視回路１１２の動作電流のみを供給して、第２の監視回路１１２のみにより電池セル１１の電池状態を監視させることにより、電池セル１１の電池状態の監視動作で消費される消費電力を低減させるとともに、電池セル１１の電池状態の監視を継続させる。

低消費電力モードにおける監視制御部１３０の動作としては、監視制御の間欠的な動作、監視制御の一部の機能の動作停止、動作の低速化など、通常動作モード時と比べて消費電力が少なく、適宜設定した必要最小限の監視動作を行う動作モードとする。

ここで、第１の監視回路１１１及び第２の監視回路１１２のうちの一方の監視回路、例えば第１の監視回路１１１は、電池セル１１の電圧値のデータを監視制御部１３０へ通信線１２１を介して送信し、第１の監視回路１１１及び第２の監視回路１１２のうちの他方の監視回路、例えば第２の監視回路１１２は、電池セル１１の過充電又は過放電の判定結果のデータを監視制御部１３０へ通信線１２２を介して送信する構成としてもよい。

このような構成とする場合、第１の監視回路１１１は、各電池セル１１の各電圧値を取得する電圧センサ又はアナログデジタル変換器を備え、各電池セル１１の各電圧値のデータを、定期的に監視制御部１３０へ通信線１２１を介して送信する構成を備える。

これに対して、第２の監視回路１１２は、各電池セル１１の各電圧値を、所定の閾値と比較する比較器を備え、各電池セル１１の各電圧値が所定の閾値を超えた又は下回ったときにのみに、その旨を示すフラグ等のデータのみを、監視制御部１３０へ通信線１２２を介して送信する構成を備えればよい。

従って、第２の監視回路１１２は、第１の監視回路１１１と比べ、取得するデータ及び送信するデータの量が少ないため、簡素な回路で構成することができ、第１の監視回路１１１と比べて、消費電力が少ない回路で構成することができる。

また、第２の監視回路１１２は、各電池セル１１の各電圧値が所定の閾値を超えた又は下回ったときのみに、データを送信するため、定期的にデータを送信する第１の監視回路１１１と比べて、データ送信の頻度が少なく、第２の監視回路１１２は、第１の監視回路１１１と比べてデータ送信に伴う消費電力を低減させることができる。

すなわち、上述のように第１の監視回路１１１と第２の監視回路１１２とで監視内容を異ならせ、第２の監視回路１１２を第１の監視回路１１１と比べて簡素な回路構成とし、また、第２の監視回路１１２が監視制御部１３０に送信するデータ量及び送信頻度を第１の監視回路１１１より少なくなるようにするなどして、消費電力を第１の監視回路１１１より少なくするように構成することができる。

このように第１の監視回路１１１より第２の監視回路１１２の消費電力が少なくなるように構成した場合、低消費電力モードのとき、第１の監視回路１１１への電源供給を切り、第２の監視回路１１２のみで電池セル１１の電池状態を監視させることにより、低消費電力モードで、一層、電池セル１１の電池状態の監視で消費される電力を低減させることができる。

この構成例の場合でも、第２の監視回路１１２から電池セル１１の過放電又は過充電の判定結果のデータが監視制御部１３０に送信されるため、監視制御部１３０は、電池セル１１の緊急な対処を要する必要最小限の異常な電池状態等を適正に監視することができる。

なお、第１の監視回路１１１と第２の監視回路１１２とは、上述のように監視する電池状態として異なる内容を監視する監視機能分散型の監視回路としてもよいし、監視する電池状態として同一の内容を共に監視する完全二重化冗長構成の監視回路としてもよい。

監視する電池状態の内容としては、上述の電池状態等のほかに、電池セル１１の電流若しくは温度等の電池状態、又はそれらが所定の閾値を超えた若しくは下回ったことを示す異常電流若しくは異常温度等の電池状態を、第１又は第２の監視回路１１１，１１２で監視するようにしてもよい。

また、第１の監視回路１１１と第２の監視回路１１２とを、それぞれ異なる内容を監視するための専用の回路構成を有する監視回路としてもよいし、それぞれ共通の複数の内容を監視する汎用の回路構成を有する監視回路とし、監視する電池状態の内容を、監視制御部１３０からの制御により指定する構成としてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上に述べた実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成又は実施形態を取ることができる。

１００ 電池監視装置
１１０ 電池監視部
１１ 電池セル
１１１ 第１の監視回路
１１２ 第２の監視回路
１１３ スイッチ
１２１ 通信線
１２２ 通信線
１３０ 監視制御部
１４０ 通信線
１５０ 電池制御部

Claims (3)

1. 電池セルに並列に接続され、前記電池セルの電池状態を監視する第１及び第２の監視回路と、
   前記第１及び第２の監視回路から監視データを受信する監視制御部と、を備え、
   前記監視制御部は、通常動作モードで動作するとき、前記電池セルの電池状態を前記第１及び第２の監視回路で監視させ、低消費電力モードで動作するとき、前記第１及び第２の監視回路のうちの一方の監視回路への電源供給を切り、他方の監視回路のみで前記電池セルの電池状態を監視させる
   ことを特徴とする電池監視装置。
2. 前記一方の監視回路は、前記電池セルの電圧値のデータを前記監視制御部へ通信線を介して送信し、
   前記他方の監視回路は、前記電池セルの過充電又は過放電の判定結果のデータを前記監視制御部へ通信線を介して送信する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電池監視装置。
3. 前記他方の監視回路は、前記一方の監視回路より消費電力が少なく、前記監視制御部に送信するデータ量が前記一方の監視回路より少ない
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電池監視装置。

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